Broń na raka? Obiecujące badania polskich naukowców

Nowotwory wciąż należą do najpoważniejszych wyzwań medycyny, a standardowe metody leczenia często uderzają nie tylko w chorobę, ale i w pacjenta. Chemioterapia pozostaje filarem terapii wielu nowotworów, jednak jej działanie jest z natury mało wybiórcze. Leki niszczą komórki szybko dzielące się, dlatego skutki uboczne dotykają m.in. szpiku kostnego, układu pokarmowego czy mieszków włosowych. Do tego dochodzi ryzyko uszkodzeń narządów i rozwój oporności komórek nowotworowych.

Jednym z najczęściej stosowanych cytostatyków jest cisplatyna. Lek działa, wiążąc się z DNA w komórce i blokując jej podział, co może zatrzymywać wzrost guza. Problem w tym, że mechanizm ten nie jest skierowany wyłącznie przeciw komórkom nowotworowym. W praktyce oznacza to wysoką skuteczność okupioną toksycznością i dużym obciążeniem dla organizmu.

Właśnie dlatego w onkologii coraz większy nacisk kładzie się na rozwiązania, które potrafią dowieźć lek bezpośrednio do guza i ograniczyć kontakt substancji czynnej ze zdrowymi tkankami. Nad takim podejściem pracuje zespół z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem dr inż. Joanny Zajdy.

- Chcemy wykorzystać nanometrycznej wielkości nośniki, które będą transportować substancję czynną bezpośrednio do tkanki nowotworowej, z pominięciem zdrowych komórek i uwalniać ją dopiero w miejscu działania – powiedziała w rozmowie z PAP dr Zajda.

Kluczowe w tego typu terapiach jest to, w jaki sposób nośnik "rozpoznaje" guz. Możliwe są dwie drogi: aktywna i bierna. W tej pierwszej nanonośnik otrzymuje specjalne "oznaczenie" (np. ligand), które wiąże się z receptorami typowymi dla komórek nowotworowych. Zespół z PW koncentruje się jednak na transporcie biernym, wykorzystującym specyfikę samej tkanki guza.

- W podejściu biernym, które my stosujemy, chodzi o to, że naczynia krwionośne w tkance nowotworowej mają nieprawidłową strukturę, a przez to większe przestrzenie między komórkami, co umożliwia nanocząstkom przenikanie do wnętrza guza. Jednocześnie upośledzony drenaż limfatyczny sprzyja ich kumulacji w tym miejscu – wyjaśniła badaczka.

Rolę takich miniaturowych "kurierów" w projekcie mają pełnić kropki kwantowe – półprzewodnikowe nanocząstki liczące zaledwie kilka nanometrów. Ich powierzchnię można modyfikować chemicznie tak, by przyłączać cząsteczki leków i kontrolować, kiedy oraz gdzie zostaną uwolnione. W przypadku badań prowadzonych w Warszawie nośnikiem są kropki kwantowe tlenku cynku (ZnO QDs), do których cisplatyna ma być przytwierdzana dzięki oddziaływaniom koordynacyjnym i elektrostatycznym.

Wybór ZnO nie jest przypadkowy. Jak podkreślają badacze, takie kropki mają dobrą tolerancję i relatywnie niską toksyczność, zwłaszcza na tle innych popularnych rozwiązań w nanotechnologii. Różnica jest istotna, bo część wykorzystywanych wcześniej kropek kwantowych opiera się na materiałach zawierających metale ciężkie, które same w sobie mogą być szkodliwe dla komórek.

Drugą przewagą ZnO ma być inteligentny mechanizm uwalniania leku zależny od pH. To szczególnie ważne, bo środowisko guza zwykle różni się od zdrowych tkanek: bywa bardziej kwaśne, co wiąże się ze specyfiką metabolizmu komórek nowotworowych. Dzięki temu nośnik może pozostać stabilny w krwiobiegu i "oddać" cisplatynę dopiero tam, gdzie jest to pożądane.

- W zdrowych tkankach organizmu pH wynosi około 7,4, natomiast w środowisku guza jest niższe, co wynika z nieco innego metabolizmu komórek nowotworowych. Układ oparty na kropkach ZnO pozostaje więc stabilny w krwiobiegu, a do uwolnienia cisplatyny dochodzi wyłącznie w środowisku kwaśnym, charakterystycznym dla tkanki nowotworowej – podkreśliła chemiczka z PW.

Taka selektywność może oznaczać dwa zyski naraz: więcej leku tam, gdzie trzeba, i mniej zniszczeń w zdrowych tkankach. Co więcej, tlenek cynku ma jeszcze jedną cechę, która może działać na korzyść terapii. Kiedy kropki degradują w kwaśnym środowisku, uwalniają jony cynku, które – jak wskazują naukowcy – mogą wykazywać dodatkową aktywność przeciwnowotworową.

- Możemy więc uzyskać efekt synergistyczny, w którym zarówno cisplatyna, jak i jony cynku działają terapeutycznie – zauważyła dr Zajda.

Projekt ma także wymiar diagnostyczny i kontrolny. Kropki kwantowe słyną z właściwości optycznych: potrafią emitować światło, co sprawia, że teoretycznie można śledzić ich drogę w organizmie. Taki "podgląd" mógłby pomóc ocenić, czy nośnik rzeczywiście trafia do guza i jak rozkłada się w tkankach.

- Wszystkie kropki kwantowe mają właściwości optyczne, które pozwalają nam je śledzić w organizmie. Dzięki temu, że emitują światło, możemy obserwować na żywo, w jaki sposób lek dociera do guza i jak się rozprzestrzenia, co ułatwia kontrolę terapii i ocenę skuteczności systemu – wyjaśnia.

Na razie badania prowadzone są w laboratorium. Zespół pozyskuje kropki kwantowe od grupy zajmującej się ich syntezą, a następnie przygotowuje je do roli nośnika cisplatyny, m.in. poprzez modyfikacje powierzchni i wymianę ligandów. Naukowcy sprawdzają, ile leku da się załadować na nanocząstki, jak trwałe jest wiązanie oraz w jakich warunkach dochodzi do jego rozpadu.

- Planujemy przeprowadzić symulacje uwalniania leku z wykorzystaniem prostych modeli in vitro, które naśladują warunki panujące w krwioobiegu i w tkance nowotworowej. Pozwoli nam to ocenić selektywność uwalniania cisplatyny – zapowiedziała kierowniczka zespołu badawczego.

Prace realizowane są w ramach grantu MINIATURA Narodowego Centrum Nauki i stanowią etap przygotowawczy przed wejściem w testy biologiczne. Jeśli laboratoryjne wyniki potwierdzą obiecujące założenia, kolejnym krokiem mają być badania w bardziej złożonych modelach, które pozwolą ocenić skuteczność i bezpieczeństwo rozwiązania.

Źródło: PAP